基于透明土技術(shù)的格柵加筋路堤破壞機理宏細(xì)觀研究結(jié)題摘要

土工格柵因其優(yōu)良的力學(xué)性能而常被用作路堤的加筋材料，以提高路堤的穩(wěn)定性和整體性?，F(xiàn)有的分析方法不考慮筋材應(yīng)力分布和地基變形對穩(wěn)定性的影響，難以充分評估筋材對路堤穩(wěn)定性的提高作用，也無法對加筋破壞機理做深入分析。因受制于量測手段，研究成果多限于宏觀規(guī)律總結(jié)和影響因素分析。本課題采用基于透明土技術(shù)的拉拔摩擦試驗和模型試驗，利用激光散斑技術(shù)和粒子圖像測速技術(shù)對土體內(nèi)部變形、格柵應(yīng)變進(jìn)行全局、連續(xù)、精細(xì)化測量，并結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析，研究格柵加筋路堤破壞機理。歸納起來的主要研究內(nèi)容和成果如下：基于透光率提出了透明土透明度定量評估方法，并系統(tǒng)研究了透光率與厚度、溫度、粒徑和壓力的定量關(guān)系；自主研發(fā)了一套“基于透明土技術(shù)的立體可視化拉拔摩擦試驗機”，實現(xiàn)了加筋土的精細(xì)化、全過程、立體量測；通過大型可視化土工格柵拉拔試驗，揭示了加筋土剪切帶的細(xì)觀演化規(guī)律和筋土荷載傳遞機制；通過加筋地基模型試驗，揭示了條形基礎(chǔ)荷載下加筋地基內(nèi)部位移場演化規(guī)律和筋材作用機理，并推導(dǎo)了加筋地基承載力公式；提出了考慮地基變形與筋材應(yīng)力分布的穩(wěn)定性計算方法。研究成果有助于透明土技術(shù)的應(yīng)用推廣，對加筋土工程的設(shè)計和施工具有重要的基礎(chǔ)理論意義和顯著的社會經(jīng)濟效益。

土工格柵因其優(yōu)良的力學(xué)性能而常被用作軟土地基上路堤的加筋材料，以提高路堤的穩(wěn)定性和整體性。現(xiàn)有的分析方法不考慮筋材應(yīng)力分布和地基變形對穩(wěn)定性的影響，難以充分評估筋材對路堤穩(wěn)定性的提高作用，也無法對加筋破壞機理做深入分析。因受制于量測手段，研究成果多限于宏觀規(guī)律總結(jié)和影響因素分析。本課題擬采用基于透明土技術(shù)的拉拔摩擦試驗和模型試驗，利用激光散斑技術(shù)和粒子圖像測速技術(shù)對土體內(nèi)部變形、格柵拉力進(jìn)行全局、連續(xù)、精細(xì)化測量，利用數(shù)碼可視化追蹤技術(shù)測量滑動帶土顆粒運動規(guī)律，并結(jié)合離散-連續(xù)耦合數(shù)值模擬，研究軟土地基上格柵加筋路堤滑移面的宏細(xì)觀演化規(guī)律及其破壞機理。在此基礎(chǔ)上，考慮地基變形與筋材應(yīng)力分布，建立基于細(xì)觀力學(xué)的穩(wěn)定性計算方法。研究成果對軟土地基上格柵加筋路堤的設(shè)計和施工具有重要的基礎(chǔ)理論意義和顯著的社會經(jīng)濟效益，并有助于推動透明土試驗技術(shù)在工程中的應(yīng)用和發(fā)展。

建于軟土地基上的路堤在施工階段的穩(wěn)定性和工后沉降問題是工程關(guān)注的重點。目前對軟土地基上加筋路堤破壞機理的研究還不夠深入，其穩(wěn)定性分析方法還不盡完善，計算的結(jié)果明顯比實際加筋效果偏低很多；對低頻循環(huán)車輛動荷載作用下加筋路堤的工后沉降還未開展系統(tǒng)地研究。本項目針對軟土地基路堤工程較普遍采用塑料排水板、土工格柵材料和灰土情況，以設(shè)置塑料排水板軟土地基上土工格柵加筋灰土路堤為研究對象，采用離心模型試驗和流

黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，降雨、灌溉、生活污水和地下水變化嚴(yán)重惡化了黃土地質(zhì)環(huán)境，孕育和誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害。因此系統(tǒng)檢測和查明不同地質(zhì)環(huán)境中黃土的含水狀況，從宏細(xì)觀深入探討含水狀態(tài)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在關(guān)系具有重要的科學(xué)意義和研究價值。本項目基于大量的現(xiàn)場和室內(nèi)試驗研究，運用工程地質(zhì)、巖土力學(xué)與電子信息技術(shù)、電磁場理論等交叉學(xué)科的手段和方法，深入進(jìn)行了基于探地雷達(dá)的土含水狀態(tài)宏細(xì)觀模型的理論與應(yīng)用研究。針對黃土典型的地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)用快速無損的探地雷達(dá)技術(shù)檢測含水率，從試驗研究、理論分析及數(shù)值模擬等方面，研究了多因素影響的黃土介電常數(shù)與含水量宏觀模型?？紤]黃土的水敏感性，基于有效分子電場理論和介質(zhì)極化理論，建立了黏性土的混合介電常數(shù)模型，分析了界限體積含水率、孔隙率、飽和度對黏性土混合介電常數(shù)的影響規(guī)律，從細(xì)觀上深入研究黃土含水狀態(tài)對工程特性的影響。建立了土體的宏細(xì)觀含水狀態(tài)與介電常數(shù)模型，驗證了模型的適用性。建立了宏細(xì)觀含水狀態(tài)與結(jié)合水膜厚度的關(guān)系，確定了介電常數(shù)與黃土工程狀態(tài)劃分體系和評價指標(biāo)。采用時域有限差分法和人工智能技術(shù)，建立了復(fù)雜含水狀態(tài)非均質(zhì)黃土地電模型，進(jìn)行了典型地質(zhì)災(zāi)害正演模擬和試驗驗證，分析了鐵路路基病害、鐵路隧道病害、高鐵無碴軌道病害等不同地質(zhì)災(zāi)害檢測的探地雷達(dá)圖像特征；研究了含水率的雷達(dá)信號特征提取，揭示了雷達(dá)圖像和黃土含水狀態(tài)間關(guān)系，提高了圖像解釋精度，完善了地質(zhì)災(zāi)害圖像數(shù)據(jù)庫；針對探地雷達(dá)測定黃土洞穴時出現(xiàn)的繞射干擾現(xiàn)象，對正演模擬數(shù)據(jù)格式文件進(jìn)行了二次開發(fā)，結(jié)果表明提高了圓形洞穴和矩形洞穴的圖像解釋精度。進(jìn)行了層位自動追蹤算法及其在鐵路隧道探地雷達(dá)檢測中的應(yīng)用研究，并結(jié)合實際隧道工程，對自動追蹤算法在隧道襯砌病害中的應(yīng)用進(jìn)行驗證，并得到了很好的效果。研究成果具有創(chuàng)新性和應(yīng)用前景，可為西部地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃和防治提供重要依據(jù)。 2100433B